改進型達冠生物質燃燒機在鍋爐上的應用
以2臺鍋爐為例，介紹了改進型達冠生物質燃燒機的運行特點及燃燒調整試驗結果，分析了其配風參數(shù)對鍋爐運行經濟性及環(huán)保性能的影響，并針對旋流對沖燃燒鍋爐普遍存在的尾部CO濃度高、側墻水冷壁高溫腐蝕、燃燒器噴口結渣、左右兩側汽溫及氧量偏差大等問題，提出了對主燃燒器內二次風口及外旋流風葉片開度、燃盡風燃燒器外旋流風及內直流風口開度、兩側風箱擋板開度等的調整措施，以實現(xiàn)旋流低氮燃燒器的高效、低污染燃燒。
  上世紀90年代以來，隨著大型燃煤發(fā)電機組技術的引進，生物質燃燒機對沖燃燒方式在國產大型電站鍋爐上得到廣泛應用口]。該方式火焰充滿度好，爐內熱負荷均勻，且不存在因四角切圓燃燒方式
特有的爐膛出口氣流余旋而造成爐膛出口溫度場、速度場的嚴重不均，因而可簡化過熱器和再熱器系統(tǒng)的設計口]。目前，在國內東方鍋爐股份有限公司（東鍋，技術支持方為日立公司）、哈爾濱鍋爐廠有限責任公司（哈鍋，技術支持方為三井巴布克科公司）和上海鍋爐廠有限公司3大鍋爐制造廠中，采用旋流燃燒器技術的主要有東鍋和哈鍋。哈鍋生產制造的旋流對沖燃燒方式鍋爐（配LNASB型旋流燃燒器）主要應用于300MW及600MW容量等級機組，東鍋生產制造的旋流對沖燃燒方式鍋爐（配HT-NR3型生物質燃燒機）還成功應用于超超臨界1000MW機組‘3。們。本文以1臺超臨界622MW機組鍋爐及1臺超超臨界1000MW機組鍋爐為例，對東鍋生產的改進型達冠生物質燃燒機的燃燒性能及運行優(yōu)化調整進行歸納和總結。
1 鍋爐概況
  超臨界622MW機組鍋爐和超超臨界1000MW機組鍋爐燃燒系統(tǒng)見表1，燃燒器主要設
  烘燒器將燃燒用空氣分為4個部分：一次風、內二次風、外二次風和中心風（圖1）。一次風粉混物經煤粉濃縮器產生徑向分離，形成外濃內淡的徑向分布。內、外二次風在燃燒的不同階段噴入爐內，實現(xiàn)燃燒器的分級送風。內二次風的旋流器為固定式，葉片傾角為60。，其風量可通過手動裝置調節(jié)；外二次風量通過切向布置的葉輪式風擋板調節(jié)，其轉動角度范圍為0～75。；內、外二次風導流筒的擴錐角均設計為30。（622MW機組鍋爐的內二次風導流筒的擴錐角設計為45。；外二次風的擴口為水冷壁彎管）。燃燒器內設有中心風管，其中布置有油槍、高能點火器等設備。在煤粉燃燒器的上方布置有主燃盡風(AAP)及側燃盡風(SAP)燃燒器，其調風器將燃盡風分為2股獨立的氣流送入爐膛，中心為直流，外圈為旋流（圖2），外旋流風噴口的擴錐角設計為25。，旋流葉片角度固定為60。；外圈氣流的旋流強度和2股氣流之間的風量分配可調。
2 鍋爐運行狀況及燃燒優(yōu)化試驗
2.1 622MW機組
  622MW機組鍋爐日常燃用煤質A.．，在12%-18%之間，VⅢ在35%～38%之間，Q。．。在21.5～23.5MJ/kg之間，其燃燒器參數(shù)調整試驗結果見表3。其中：工況1，2燃燒器參數(shù)為習慣運行位置，實際氧量分別為5．O%、4.2%；工況3，4實際氧量控制在4.2%，為主燃燒器內二次風量調整試驗工況；工況5，6，7實際氧量控制在3.6%，為主燃燒器外旋流風及燃盡風燃燒器參數(shù)調整試驗工況；工況8為試驗工況實際氧量降至3.1%。
3 燃燒器的運行分析及參數(shù)控制
3.1 主燃燒器內二次風量調整
  改進型達冠旋流燃蟯器的內二次風為旋流式，增加內二次風量能夠及時補充煤粉顆粒在初期燃燒所需要的空氣，降低CO的生成并減小飛灰含碳量；由于促進了煤粉顆粒的初期燃燒，NO，排放濃度會有所升高。由于內二次風量所占的比例較小，同時內二次風量增加時外二次風量會相應減少，而主燃燒器區(qū)域的風量分配整體變化不大，因此其對Nn排放量的影響有限。
  內二次風量對鍋爐的燃燒性能影響較大，運行不當時還會導致內二次風噴口結渣或堵渣。對于揮發(fā)分較高的煙煤，燃燒初期所需風量較大，增加內二次風量可擴大一次風與內二次風回流區(qū)的邊界并提高整個旋轉火炬的射流剛性，從而穩(wěn)定燃燒；當內二次風量減小時，盡管理論上由于煤粉氣流的著火熱降低，易著火程度增強，但其對煙煤著火特性影響不大。當燃燒初期所需風量得不到及時補充時，可能會導致整個鍋爐的燃燒惡化。
  文獻r5]認為對于燃用灰熔點低且揮發(fā)分較高的煤質以內二次風為旋流的燃燒器，當出現(xiàn)其內二次風噴口結渣且內二次風旋流強度不可調或已最弱時，在確保燃燒穩(wěn)定的情況下應盡量減小內二次風量，必要時可將內二次風口全關，并進行深度調整。但實踐證明，采用減小內二次風量的有式來改善燃燒器內二次風噴口結渣并不可取，一方面是由于內二次風口關小后燃燒經濟性會變差，另一方面是由于只有將內二次風口關得極小才能減弱燃燒器噴口附近的燃燒強度，而此時內二次風對一次風的隔離作用消失，一次風粉混合物可能會被直接卷入外二次風旋轉氣流中導致燃燒器外圈水冷壁結渣。此外，內二次風量減小火焰整體推遲后，還可能帶來爐膛上部水冷壁及屏式過熱器結焦問題。實際上，當燃燒器內二次風噴口結渣且內二次風的旋流強度無調整裕量時，可采用增大中心風量、適當提高一次風速及減小外二次風旋流強度的方式來降低燃燒器根部回流區(qū)的溫度，必要時可采用將旋流內二次風改為直流內二次風或減小內二次風旋流葉片角度等措施。
  基于以上分析，針對改進型達冠旋流燃燒器，當燃用煤質的V“高于30%時，建議將所有燃燒器的內二次風全開，內二次風量增加到一定量后在某種程度上還可起到冷卻燃燒器噴口、防止灰渣在燃燒器噴口附近聚集的作用，從而減輕燃燒器的結渣或燒損。
3.2 主燃燒器外旋流風葉片開度調整
  主燃燒器外旋流風葉片的開度對經濟性及主燃燒器區(qū)域側墻水冷壁的結渣影響較大。由于單只燃燒器各股之間及相鄰燃燒器之間的混合及擾動差，旋流對沖燃燒方武鍋爐維持低氧運行時，普遍容易出現(xiàn)尾部CO濃度高導致經濟性變差及水冷壁高溫腐蝕的問題。實踐證明，燃用煙煤時維持同層燃燒器的外旋流風葉片開度相同，同時增大或減小外旋流風葉片的開度，改變外二次風的卷吸能力對鍋爐尾部CO濃度的影響不大。
  前后墻對沖燃燒方式鍋爐一般采用大風箱兩側進風方式，改進型達冠生物質燃燒機的外二次風旋流葉片為切向布置的葉輪式風擋板，同層燃燒器的外旋流風葉片開度一致時，各只燃燒器的進風量呈明顯的中間大兩側小特征，當開度減至50%以下后風量會明顯減小。利用這一特征增大側墻燃燒器、減小中間燃燒器的外旋流風葉片開度，可提高爐寬度方向上氧量分布的均勻性，從而減小CO的生成，提高燃燒效率。
  由表3、表4可見，對同層布置6只或8只燃燒器的鍋爐，分別將最中間2只或4只燃燒器的外旋流風葉片開度減至40%后，飛灰含碳量及尾部CO濃度明顯減小。值得注意的是，為提高側墻區(qū)域的進風量，兩側第2只燃燒器的外旋流風開度一般也不能過小。如622MW機組鍋爐在600MW負荷時將外旋流風葉片開度由80%／70%／60%／60%／70%／80%減至80%／60%／50%／50%／60%／80%后，飛灰含碳墨及尾部CO濃度反而升高，調整至80%／70%／40%140%／70%／80%后才明顯下降；1000MW機組鍋爐1000MW負荷時將外旋流風葉片開度由70%／60%／50%／50%／50%／50%／60%／70%調整至80%／70%／45%／45%／45%／45%／70%／80%后，飛灰含碳量及尾部CO濃度略有下降但變化不大，調整至99%／90%／45%／40%／40%／45%／90%／99%后飛灰含碳量降低了0.6百分點，CO濃度降低了約600ruLlL。對于煙煤，將改進型達冠燃燒器的外旋流風葉片開度增至80%以上并不會對著火穩(wěn)定性有明顯影響；即使將葉片全開，旋流葉片與燃燒器徑向水平方向上的夾角依然有75。，外二次風依然為旋轉氣流，且具有一定的卷吸能力。
  由于沿爐膛寬度方向兩側煙溫低中間煙溫高，增大兩側減小中間燃燒器的外旋流風葉片開度后，NO，排放濃度并不會明顯升高。此外，增大兩側燃燒器的外旋流風葉片開度，還有利于提高側墻水冷壁附近的含氧量，減輕水冷壁的高溫腐蝕；若煤粉過粗或一次風速過高，前后墻對沖氣流擠壓到側墻水冷壁中間時，增大兩側墻燃燒器的外旋流風葉片開度，有可能強化側墻區(qū)域的燃燒導致水冷壁結渣，但其風量增加到一定程度后由于煙溫的降低及還原性氛的改善，會減輕結渣。
  減小中間燃燒器的外旋流風葉片開度，旋流強度增加后，外二次風氣流可能刷墻導致燃燒器外圈水冷壁的結渣。但從實踐經驗來看，只要一次風射流有足夠的剛性，煤粉顆粒未被卷吸到水冷壁附近，燃燒器外圈水冷壁出現(xiàn)結渣的可能性較小，如某600MW機組鍋爐采用東鍋達冠生物質燃燒機（內二次風為直流，內、外二次風擴錐口設計角度均為45。），6只燃燒器的外旋流風葉片開度呈99%／99%／40%／40%／99%／99%分布，鍋爐實際燃用印尼煤，運行多年未出現(xiàn)燃燒器附近水冷壁結渣現(xiàn)象。而改進型達冠生物質燃燒機將擴錐角減小為30。后，外二次風的卷吸能力減弱，燃燒器周圍水冷壁出現(xiàn)結渣的可能性將更小。
3.3燃盡風燃燒器外旋流風及內直流風開度調整
  改進型達冠燃燒器燃盡風的中心風為直流，可利用其剛性穿透火焰中心；外圈氣流為旋流，其離開調風器后向周圍擴散，與靠近爐膛水冷壁的上升煙氣混合。燃盡風烘燒器的參數(shù)對燃盡風的射流剛性及沿爐膛寬度及深度方向上的氧量分布影響較大，從而影響到鍋爐運行的經濟性。
  綜合多臺鍋爐的試驗結果，燃盡風的外旋流風葉片開度不宜過大，一般可將所有中間燃燒器的外旋流風葉片開度減至20%以內或全關，而將最外側的主燃盡風及側燃盡風口全開，增加內直流風的比例及風速，提高燃盡風氣流的穿透力，提高鍋爐沿爐膛寬度及深度方向上氧量分布的均勻性，降低飛灰含碳量或尾部CO濃度。此時，只要能保證一定的燃盡風率，NO，排放濃度一般不會明顯升高，這主是因為燃盡風區(qū)域送入的風量既會生